复合交叉型全固态平面微型超级电容器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及复合交叉型全固态平面微型超级电容器，属于超级电容器技术领域。
【背景技术】
[0002]超级电容器是一种介于电池与普通电容之间，兼备二者特点的新型储能器件。它具有能量密度高、充放电速度快、循环寿命长、使用温度范围宽等优点，在电动汽车和高性能电源等领域具有广阔的应用前景。
[0003]随着便携式电子器件、体内电子器件、大功率能源转换器件和微电流供电器件的快速发展，小型化、柔性化、平面化的高性能微型超级电容器成为电化学能源存储领域的研究热点。微型超级电容器能够解决微型电池功率密度低、电解电容器能量密度低的问题。作为微型能源器件，微型超级电容器能够与纳电子器件直接融合集成，满足高度集成电子器件发展的需要。
[0004]现有生产的超级电容器构建中大多采用了液体电解质和隔膜，使超级电容器难以实现全固态结构，影响了进一步平面化和微型化的进程。
【发明内容】
[0005]本实用新型目的是为了解决现有超级电容器构建中采用液体电解质和隔膜，不能实现全固态结构，影响其微型化的问题，提供了一种复合交叉型全固态平面微型超级电容器。
[0006]本实用新型所述复合交叉型全固态平面微型超级电容器，它包括硅衬底、N列电容器单元、凝胶电解质、正极极耳、负极极耳和辅助电极；
[0007]N列电容器单元在硅衬底的上表面按列依次排布，所有电容器单元的摆放方位相一致；N为大于或者等于2的整数；
[0008]每个电容器单元由外单电极和内单电极组成，外单电极由竖直外电极和多个外水平电极组成，内单电极由多个内水平电极组成，
[0009]多个外水平电极沿竖直外电极的长度方向由首端至末端依次平行均匀排布，外水平电极的首端与竖直外电极垂直连接；每相邻两个外水平电极之间相应设置一个内水平电极，内水平电极的末端垂直连接相邻下一列电容器单元的竖直外电极；硅衬底上最后一列电容器单元的内水平电极的末端垂直连接辅助电极；辅助电极设置在硅衬底上；
[0010]每个内水平电极的首端与竖直外电极的间距、内水平电极与相邻两个外水平电极的间距、外水平电极的末端与相邻下列电容器单元的竖直外电极的间距及最后一列外水平电极的末端与辅助电极的间距均相等；
[0011]所有内单电极、外单电极和辅助电极相互之间设置凝胶电解质；所有内单电极、夕卜单电极和辅助电极的上表面设置铜集流体层；
[0012]正极极耳和负极极耳设置在硅衬底的上表面上，硅衬底上第一列电容器单元竖直外电极的铜集流体层连接正极极耳，辅助电极的铜集流体层连接负极极耳。
[0013]内单电极、外单电极和辅助电极均为石墨烯电极，内单电极、外单电极和辅助电极的电极宽度均为0.2mm。
[0014]铜集流体层的厚度为200nm。
[0015]每个内水平电极的首端与竖直外电极的间距为0.2_。
[0016]娃衬底的厚度为0.5mm。
[0017]本实用新型的优点:本实用新型采用具有二维平面纳米结构的石墨烯作电极，电极宽度在微米量级，厚度在纳米量级，实现了超级电容器的平面化和微型化。在超级电容器构建中采用凝胶电解质，可以不使用隔膜，实现了全固态超级电容器。整个超级电容器是由多个单元超级电容器串并联复合构成，串联可以提高分解电压，并联可以增大比电容，通过调整串联和并联的周期数，可以优化超级电容器的分解电压和比电容，从而优化了超级电容器的器件结构和电化学性能。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型所述复合交叉型全固态平面微型超级电容器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]【具体实施方式】一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述复合交叉型全固态平面微型超级电容器，它包括硅衬底1、N列电容器单元2、凝胶电解质3、正极极耳4、负极极耳5和辅助电极6 ；
[0020]N列电容器单元2在硅衬底I的上表面按列依次排布，所有电容器单元2的摆放方位相一致；N为大于或者等于2的整数；
[0021]每个电容器单元2由外单电极和内单电极组成，外单电极由竖直外电极2-1和多个外水平电极2-2组成，内单电极由多个内水平电极2-3组成，
[0022]多个外水平电极2-2沿竖直外电极2-1的长度方向由首端至末端依次平行均匀排布，外水平电极2-2的首端与竖直外电极2-1垂直连接；每相邻两个外水平电极2-2之间相应设置一个内水平电极2-3，内水平电极2-3的末端垂直连接相邻下一列电容器单元2的竖直外电极2-1 ;硅衬底I上最后一列电容器单元2的内水平电极2-3的末端垂直连接辅助电极6 ;辅助电极6设置在娃衬底I上；
[0023]每个内水平电极2-3的首端与竖直外电极2-1的间距、内水平电极2-3与相邻两个外水平电极2-2的间距、外水平电极2-2的末端与相邻下列电容器单元2的竖直外电极2-1的间距及最后一列外水平电极2-2的末端与辅助电极6的间距均相等；
[0024]所有内单电极、外单电极和辅助电极6相互之间设置凝胶电解质3 ;所有内单电极、外单电极和辅助电极6的上表面设置铜集流体层；
[0025]正极极耳4和负极极耳5设置在硅衬底I的上表面上，硅衬底I上第一列电容器单元2竖直外电极2-1的铜集流体层连接正极极耳4，辅助电极6的铜集流体层连接负极极耳5。
[0026]铜集流体层适用于凝胶电解质3，凝胶电解质容易处置、可靠性强，无电解液泄露，适用于制备全固态超级电容器。凝胶电解质位于两个相邻电极之间，厚度约等于电极厚度与铜集流体层厚度之和，任意两个相邻电极之间的垂直距离为0.2_。在超级电容器充放电过程中，集流体层起到传递电荷的作用，它通过在左右两端正极和负极极耳上接出正极和负极引线引出。电荷在电极活性物质与凝胶电解质界面上形成扩散双电层，从而构成单元超级电容器的单电极电容。一个单元超级电容器可以看作位于凝胶电解质两侧的相邻两个单电极电容的串联，整个超级电容器可视为多个单元超级电容器的串并联复合。
[0027]娃衬底I的尺寸可选择为13.8臟X 10.4mm。
[0028]【具体实施方式】二:本实施方式对实施方式一作进一步说明，内单电极、外单电极和辅助电极6均为石墨烯电极，内单电极、外单电极和辅助电极6的电极宽度均为0.2mm。
[0029]石墨烯电极为二维电极，具有二维平面纳米结构。石墨烯电极的厚度约为0.5nm，电极宽度为0.2mm。
[0030]【具体实施方式】三:本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，铜集流体层的厚度为200nm。
[0031]【具体实施方式】四:本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，每个内水平电极2-3的首端与竖直外电极2-1的间距为0.2mm。
[0032]【具体实施方式】五:本实施方式对实施方式一、二、三或四作进一步说明，硅衬底I的厚度为0.5mm。
[0033]本实用新型中正极极耳和负极极耳的尺寸可选择为0.5mm*0.
【主权项】
1.一种复合交叉型全固态平面微型超级电容器，其特征在于，它包括硅衬底(I)、N列电容器单元(2)、凝胶电解质(3)、正极极耳(4)、负极极耳(5)和辅助电极(6); N列电容器单元(2)在硅衬底⑴的上表面按列依次排布，所有电容器单元⑵的摆放方位相一致；N为大于或者等于2的整数； 每个电容器单元⑵由外单电极和内单电极组成，外单电极由竖直外电极(2-1)和多个外水平电极(2-2)组成，内单电极由多个内水平电极(2-3)组成， 多个外水平电极(2-2)沿竖直外电极(2-1)的长度方向由首端至末端依次平行均匀排布，外水平电极(2-2)的首端与竖直外电极(2-1)垂直连接；每相邻两个外水平电极(2-2)之间相应设置一个内水平电极(2-3)，内水平电极(2-3)的末端垂直连接相邻下一列电容器单元(2)的竖直外电极(2-1);硅衬底(I)上最后一列电容器单元(2)的内水平电极(2-3)的末端垂直连接辅助电极￠);辅助电极(6)设置在硅衬底(I)上； 每个内水平电极(2-3)的首端与竖直外电极(2-1)的间距、内水平电极(2-3)与相邻两个外水平电极(2-2)的间距、外水平电极(2-2)的末端与相邻下列电容器单元(2)的竖直外电极(2-1)的间距及最后一列外水平电极(2-2)的末端与辅助电极(6)的间距均相等; 所有内单电极、外单电极和辅助电极(6)相互之间设置凝胶电解质(3);所有内单电极、外单电极和辅助电极出)的上表面设置铜集流体层； 正极极耳(4)和负极极耳(5)设置在硅衬底(I)的上表面上，硅衬底(I)上第一列电容器单元⑵竖直外电极(2-1)的铜集流体层连接正极极耳(4)，辅助电极(6)的铜集流体层连接负极极耳(5)。2.根据权利要求1所述的复合交叉型全固态平面微型超级电容器，其特征在于，内单电极、外单电极和辅助电极(6)均为石墨烯电极，内单电极、外单电极和辅助电极(6)的电极宽度均为0.2mm。3.根据权利要求2所述的复合交叉型全固态平面微型超级电容器，其特征在于，铜集流体层的厚度为200nm。4.根据权利要求3所述的复合交叉型全固态平面微型超级电容器，其特征在于，每个内水平电极(2-3)的首端与竖直外电极(2-1)的间距为0.2mm。5.根据权利要求4所述的复合交叉型全固态平面微型超级电容器，其特征在于，硅衬底⑴的厚度为0.5mm。
【专利摘要】复合交叉型全固态平面微型超级电容器，属于超级电容器技术领域。本实用新型是为了解决现有超级电容器构建中采用液体电解质和隔膜，不能实现全固态结构，影响其微型化的问题。它包括硅衬底、N列电容器单元、凝胶电解质、正极极耳、负极极耳和辅助电极；N列电容器单元在硅衬底的上表面按列依次排布，每个电容器单元由外单电极和内单电极组成，外单电极由竖直外电极和多个外水平电极组成，内单电极由多个内水平电极组成，辅助电极设置在硅衬底上；所有内单电极、外单电极和辅助电极相互之间设置凝胶电解质；所有内单电极、外单电极和辅助电极的上表面设置铜集流体层。本实用新型作为一种超级电容器。
【IPC分类】H01G11/56, H01G11/10, H01G11/26, H01G11/36
【公开号】CN204792456
【申请号】CN201520615232
【发明人】张光宇, 徐芮, 赵鹏飞, 尹雁, 高敏, 李闯, 陈玉娟, 朱大福, 杨昕瑞, 吕胤霖, 吴淼
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月14日